史上最全黑洞科学解释，有趣有料的黑洞科普

史上最全黑洞科学解释，有趣有料的黑洞科普无毛定理黑洞量子热效应的发现，完全出乎了人们的意料。这说明黑洞并不是一颗死寂沉沉的星，而是有着自己的丰富内涵。黑洞不是一个只进不出的洞，它能向外辐射粒子。黑洞不黑，它不是恒星的最终归宿，而是恒星演化的一个阶段。当年狄拉克提出了真空不空的思路来解决量子力学中负能困难（从这里我们也能看到，量子理论的发展真是举步维艰）。物理学家把这种研究方法应用到黑洞表面附近情况上，发现，狄拉克能级与广义相对论的能量动量关系相对应。在黑洞表面，粒子只能存在正能态或者负能态，两者之间没有粒子存在，也就是禁区存在。这当然也与泡利不相容原理吻合。平直时空的狄拉克真空能级当正能态粒子的能量大于粒子的静质量的时候，黑洞表面附近就会发生正负能级交错。这个时候，一部分负能态粒子的能量会大于静质量，并且大于附近的正能态。这个时候，负能粒子有可能通过隧道效应穿过禁区成为正能粒子，并飞向远方。这部分出射粒子将带走黑洞的能量、角动量

本文将给各位喜欢天体物理学，对黑洞好奇的小伙伴介绍黑洞的“无毛定理“。

爱因斯坦在研究原子对光的发射和吸收时，提出辐射有两种形式：自发辐射和受激辐射，这两种辐射的系数有一定关系。后来科学家利用受激辐射研究出来了激光，今天已经被我们用在生活、生产、军事等各个领域。从这个思路出发，由于存在着与受激辐射类似的超辐射，就应该同时存在自发辐射。按照这个思路，人们很快就得出了黑洞存在自发辐射的结论。

电子的自发辐射和受激辐射

黑洞的自发辐射

当年狄拉克提出了真空不空的思路来解决量子力学中负能困难（从这里我们也能看到，量子理论的发展真是举步维艰）。物理学家把这种研究方法应用到黑洞表面附近情况上，发现，狄拉克能级与广义相对论的能量动量关系相对应。在黑洞表面，粒子只能存在正能态或者负能态，两者之间没有粒子存在，也就是禁区存在。这当然也与泡利不相容原理吻合。

平直时空的狄拉克真空能级

当正能态粒子的能量大于粒子的静质量的时候，黑洞表面附近就会发生正负能级交错。这个时候，一部分负能态粒子的能量会大于静质量，并且大于附近的正能态。这个时候，负能粒子有可能通过隧道效应穿过禁区成为正能粒子，并飞向远方。这部分出射粒子将带走黑洞的能量、角动量和电荷，这种效应被称为斯塔诺宾斯基-安鲁效应。这种效应实际上是对应着受激辐射（米斯纳超辐射）的自发辐射。

黑洞量子热效应的发现，完全出乎了人们的意料。这说明黑洞并不是一颗死寂沉沉的星，而是有着自己的丰富内涵。黑洞不是一个只进不出的洞，它能向外辐射粒子。黑洞不黑，它不是恒星的最终归宿，而是恒星演化的一个阶段。

无毛定理

在研究带电的旋转的黑洞的时候，可以得到一个带电的史瓦西解，从这个解里面可以发现，这时候的时空度规是由黑洞的总质量、总角动量和总电荷决定的，与物质的成分和结构都没有关系。

由于我们只能在黑洞的外部探测到这个黑洞的总质量、总角动量和总电荷，探测不到其他任何信息。所以我们就不能知道这个黑洞过去是怎么变化过来的，不可能知道他原来事由什么星体、什么时候、用什么方式形成的。

惠勒等人把上面描述的性质总结为无毛定理：形成黑洞的星体，失去了除总质量、总角动量和总电荷外的全部信息。黑洞的全部性质只由总质量、总角动量和总电荷三个参数决定。

毛就是信息；无毛就是没有信息。其实黑洞还是有毛的，而且是三毛：总质量、总动量和总电荷，所以无毛定理确切地说应该叫做三毛定理。

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